63. Перфорация. Типы перфораторов.

При применении конструкции призабойной части скважины с зацементированной эксплуатационной колонной сообщение эксплуатационной колонны с пластом осуществляют после прострела отверстий в колонне, окружающем ее цементном кольце и в породе пласта при помощи специальных аппаратов — перфораторов.

Существует несколько типов перфораторов: пулевые, торпедные, кумулятивные и гидропескоструйная.

Пулевой перфоратор — это многоствольное «огнестрельное оружие», сконструированное для опускания в скважину. Перфоратор располагают на заданной глубине и приводят в действие электрическим выключателем с пульта управления на поверхности. Перфорация, т.е. проникновение сквозь трубу, цемент в пласт горной породы, осуществляется на большой скорости пулями калибром 11-13 мм.

Для прострела обсадных труб, цементного кольца и пла­ста, сложенного устойчивыми породами, в нагнетательных скважинах применяют торпедные перфораторы, выстрел из которых производится разрывными снарядами диаметром 22 — 32 мм. После выстрела снаряд проходит в породу на глубину 200 — 250 мм и там разрывается. В результате взрыва в породе образуется каверна диаметром до 300 мм.

Основной недостаток пулевой и торпедной перфорации заключается в том, что во время простреливания цементный камень в затрубном пространстве может растрескаться.

Наиболее распространены кумулятивные перфораторы, позволяющие пробивать отверстия кумулятивной струей в стальных обсадных трубах, цементном камне и создавать глубокие каналы в прилегающей к призабойной зоне породе (рисунок 10.6).

в

Рисунок 10.6 (источник: материалы Eni и SAIT)

а – кумулятивный перфоратор;

б – схема перфорации эксплуатационной колонны;

в - действие кумулятивной струи на преграду:

1 — кумулятивная струя; 2 — преграда

В последнее время начали широко применять новый метод— гидропескоструйную перфорацию. При этом методе через насосно-компрессорные трубы, спущенные в эксплуатационную колонну, под большим давлением нагнетают жидкость с песком. На конце труб устанавливается струйный аппарат, из сопел которого с большой скоростью выбрасывается жидкость с песком. Эта смесь вызывает быстрое абразивное разрушение обсадной колонны, цементного кольца и породы. При гидропескоструйной перфорации обсадная колонна и цементное кольцо не трескаются. Этот метод также позволяет регулировать глубину и диаметр получаемых отверстий.

64. Этапы вскрытия и заканчивания скважины

Вскрытие продуктивных горизонтов в процессе бурения и заканчивание скважин необходимо проводить без снижения их гидропроводности и продуктивности, без создания препятствий притоку нефти к забою. Основной причиной снижения продуктивности является проникновение в пласты инородных жидкостей и частиц горной породы.

Часто продуктивные горизонты вскрывают с применением буровых растворов на водной основе, из которых вода отфильтровывается в пласты. Объем ушедшей в пласт воды зависит от водоотдачи раствора, продолжительности его контакта с пластом и разности давлений между скважиной и пластом. Уменьшить отрицательное влияние этих факторов можно за счет быстрого исследования, спуска и цементирования эксплуатационной колонны, за счет применения буровых растворов с минимальной водоотдачей или растворов на углеводородной основе.

Особенно осторожно следует вскрывать продуктивные горизонты с низким пластовым давлением, при котором нефть может быть далеко оттеснена от забоя скважины с ухудшением фильтрационных свойств призабойной зоны. В таких случаях применяют специальные буровые растворы на нефтяной основе или глинистые растворы с добавками ПАВ.

В практике бурения применяют следующие методы заканчивания скважин (рис. 28.7):

Рис. 28.7. Конструктивное исполнение забоев при заканчивании скважин:

а – в устойчивых породах; б – со спуском фильтра или хвостовика; в – с манжетной заливкой и фильтром в пласте; г, д – со сплошным цементированием и простреливанием отверстий против продуктивного горизонта; 1 – обсадная колонна; 2 – пакер; 3 – фильтр; 4 – цементный камень; 5 – перфорационные отверстия; 6 – продуктивный пласт; 7 – хвостовик

установка обсадной колонны в кровле продуктивного горизонта с последующим вскрытием пласта и спуском хвостовика или фильтра. Фильтры могут быть гравийными или металлокерамическими. В устойчивых породах продуктивной части разреза установленная колонна может являться эксплуатационной, а фильтр или хвостовик могут не спускаться;

полное вскрытие пласта со спуском комбинированной колонны с фильтром в нижней части. Фильтры для предотвращения поступления песка могут быть с круглыми или щелевидными отверстиями. Иногда забой скважины оборудуют металлокерамическими или гравийными фильтрами;

полное вскрытие пласта со спуском колонны с последующим простреливанием отверстий против продуктивного горизонта.

В случае проходки горизонтальных скважин заканчивание проводят с использованием хвостовика с щелевидными продольными отверстиями.

В скважинах с высоким пластовым давлением осуществляется полное вскрытие пласта с последующим спуском эксплуатационной колонны со сплошной цементацией и простреливанием отверстий. Отверстия в колонне и цементном кольце пробивают с помощью пулевого или торпедного перфоратора, или с помощью струй газов, возникающих при взрыве кумулятивных зарядов.

Пулевые перфораторы создают отверстия диаметром до 12 мм. Снаряды торпедных перфораторов при входе в пласт разрываются и создают там дополнительные трещины. Беспулевые кумулятивные перфораторы обеспечивают надежное вскрытие пласта и улучшение и его проницаемости в призабойной зоне.

При простреле отверстий в колонне на устье устанавливают задвижку на случай нефте-, газопроявления пласта после прострела. При проведении прострелочных работ скважина должна быть заполнена буровым раствором для создания необходимого противодавления.

Для перемещения добываемых флюидов на поверхность в скважину почти до забоя спускают узкую колонну диаметром до 12 см, сформированную из насосно-компрессорных труб (НКТ). В нижней части колонны устанавливают пакер, который герметично перекрывает кольцевой зазор между обсадной колонной и НКТ. Насосно-компрессорная колонна защищает обсадную колонну от коррозии, вызываемой флюидами. Она свободно подвешивается в скважине, поэтому её можно легко извлечь и отремонтировать или заменить. Пространство между обсадной колонной и НКТ заполняется специальным раствором для предотвращения коррозионных процессов

На устье скважин размещается арматура: головки обсадных и насосно-компрессорных колонн, фонтанная арматура.

Головка обсадной колонны перекрывает кольцевой зазор между различными обсадными колоннами и имеет подвески для верхней части каждой из колонн. Подвески удерживают обсадные колонны в скважине. Головка кондуктора располагается ниже всех и имеет наибольший диаметр. Головка эксплуатационной колонны располагается выше всех и имеет наименьший диаметр. Всякий раз при бурении и обсаживании очередного интервала скважины блок превенторов снимают и затем заново устанавливают на новой головке.

Головка насосно-компрессорной колонны имеет меньший размер и расположена поверх головок обсадных колонн. Она поддерживает с помощью подвески насосно-компрессорную колонну, а также герметизирует затрубное пространство.

В газовых скважинах газ поднимается на поверхность самостоятельно. В некоторых скважинах (фонтанирующих) нефть на ранних стадиях разработки месторождений также может самостоятельно подниматься на поверхность по насосно-компрессорной колонне. На устье таких скважин устанавливается фонтанная арматура, представляющая собой систему труб, фитингов, клапанов и приборов для управления потоком поступающего флюида.